La plasmasphère
La plasmasphère est la région la plus interne de la magnétosphère terrestre, remplie de particules de plasma froid (basse énergie ~ 1-10 eV) et dense (10-104 électrons/cm-3) piégées dans le champ magnétique terrestre. La plasmasphère forme une région toroïdale entourant la Terre et en co-rotation avec elle.
La plasmapause est la limite extérieure de la plasmasphère et, au-delà de cette limite, la région de la plasmatrough (où la densité d'électrons est très faible) interagit fortement avec les ondes électromagnétiques externes. La plasmasphère est érodée pendant les tempêtes géomagnétiques, ce qui donne lieu à des structures telles que les plumes et les canaux plasmasphériques, tandis que l'ionosphère (haute atmosphère) remplit la plasmasphère pendant les périodes calmes.
Le modèle BSPM
Le BSPM est un modèle 3D cinétique semi-empirique de la plasmasphère développé et continuellement amélioré par le groupe « Vent Solaire » de l’IASB [1]. Basé sur des mécanismes physiques pour la formation de la plasmapause et pour les trajectoires des particules piégées dans le champ magnétique terrestre, il fournit la densité et la température des électrons et des protons à l'intérieur et à l'extérieur de la plasmasphère, ainsi que la position de la plasmapause, en fonction de l'activité géomagnétique représentée par l'indice Kp.
Le modèle est couplé au modèle IRI (International Reference Ionosphere) pour déterminer la densité et les températures des particules présentes entre 60 et 600 km d'altitude (http://irimodel.org/) comme condition limite.
Une version précédente du modèle BSPM fonctionne en temps quasi réel sur le site SSA (Space Situational Awareness) de l'ESA (Agence spatiale européenne) et fournit des animations de la densité électronique et de la température de la plasmasphère dans le plan équatorial et méridien.
Une nouvelle version de BSPM qui fournit la densité électronique dans l'ionosphère, la plasmasphère et la plasmatrough, est maintenant disponible au Virtual Space Weather Modeling Center (VSWMC) par le biais d'exécutions à la demande. La figure 1 illustre les résultats des deux implémentations.
Les équations décrivant la région de la plasmatrough ont été récemment modifiées à l'aide de nouvelles données satellites provenant de la mission Van Allen Probes (VAP) de la NASA [2] dans le cadre du projet SafeSpace H2020 de l'Union européenne. La figure 2 compare la région de la plasmatrough obtenue avec les anciens et les nouveaux paramétrages. La référence [2] fournit plus de détails.
Une nouvelle version du BSPM, v.2021, contenant ces améliorations est déjà disponible dans la chaîne de modèles SafeSpace, et a été utilisée pour calculer les effets des interactions ondes-particules sur les ceintures de radiation. Nous mettrons bientôt BSPM à disposition sur une plateforme rassemblant la plupart des observations et des modèles de la plasmasphère, de l'ionosphère et de la thermosphère dans le cadre du projet H2020 PITHIA (Plasmasphere, Ionosphere and Thermosphere Integrated research environment and Access services : a Network of Research Facilities.
Références
- Pierrard, V., Botek, E., and Darrouzet, F. (2021). Improving Predictions of the 3D Dynamic Model of the Plasmasphere. Frontiers in Astronomy and Space Sciences, 8:681401, https://doi.org/10.3389/fspas.2021.681401.
- Botek, E., Pierrard, V. and Darrouzet, F. (2021). Assessment of the Earth’s cold plasmatrough modeling by using Van Allen Probes/EMFISIS and Arase/PWE electron density data. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 126(12), e2021JA029737, https://doi.org/10.1029/2021JA029737.
